Übertragung von Messunsicherheiten zur Aufwandsreduzierung bei Eignungsnachweisen (MessAgE)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Jede Messung ist inhärent unsicherheitsbehaftet. Werden unsicherheitsbehaftete Messdaten weiterverwendet, so sind abgeleitete Aussagen ebenfalls mit einer Unsicherheit behaftet und können zu fehlerhaften Entscheidungen führen. Da ohne Kenntnis der Messunsicherheit bei der Messdatenerhebung das Risiko von Fehlentscheidungen nicht bestimmt und damit nicht kontrolliert werden kann, sind Messwerte ohne Messunsicherheitsangabe wertlos. Um wirtschaftlich schädlichen Fehlentscheidungen vorzubeugen, existieren im Produktionsumfeld zahlreiche Normen und Richtlinien, welche die Bestimmung der Messunsicherheit fordern und Grenzwerte für die Eignung von Mess- bzw. Prüfprozessen festlegen. Die Eignung eines Prüfprozesses wird über die Ermittlung der Messunsicherheit des Prüfprozesses bestimmt, welche ins Verhältnis zur Toleranz des Prüfmerkmals gesetzt wird. Durch die Vernetzung von digitalen Produkten sowie Ressourcen (u. a. Bearbeitungszentren, Montagesysteme) und der damit einhergehenden Fokussierung auf cyberphysische Systeme, steigt die Anzahl eingesetzter Sensoren und Messprozesse stetig. Mit zunehmender Anzahl und Komplexität von Prüfprozessen wächst branchenunabhängig der Aufwand für korrespondierende Eignungsnachweise. Hierbei können u. a. eine Vielzahl an Einflussfaktoren oder ein nichtlineares mathematisches Modell Indikatoren für einen komplexen Messprozess sein. In dem Forschungsprojekt "MessAgE" wurde ein Verfahren entwickelt, welches den Aufwand der Messunsicherheitsbestimmung bzw. des Eignungsnachweises reduziert, in dem auf Basis einer Ähnlichkeitsbewertung Messunsicherheiten von einem Messprozess auf weitere Messprozesse übertragen werden können. Damit wird es in der Anwendung ermöglicht, die Eignung von Messprozessen wirtschaftlicher nachzuweisen. Die Grundlage des Verfahrens bildet die Messunsicherheitsbestimmung nach GUM und erweitert diese um die Übertragung von Messunsicherheiten auf ähnliche Messprozesse. Für die Übertragung der Messunsicherheit wird eine Quantifizierung der Ähnlichkeit zweier Messprozesse benötigt. In der Literatur finden sich mehrere Ansätze, welche für eine Ähnlichkeitsbewertung von Messprozessen potenziell anwendbar sind, wie die Bewertung der geometrischen Ähnlichkeit bzw. der funktionellen und technologischen Ähnlichkeit. Da jedoch bislang kein Ansatz zur umfassenden Ähnlichkeitsbewertung bestand, wurde innerhalb dieses Forschungsprojekts ein Verfahren zur Bewertung einer Gesamtähnlichkeit zweier Messprozesse entwickelt. Hierzu wurden zunächst die Ansätze der funktionellen und technologischen Ähnlichkeit unter dem Begriff "Prozessähnlichkeit" zusammengefasst und quantitative Kennzahlen für die Bewertung dieser Prozessähnlichkeit entwickelt. Weiter wurde ein Verfahren zur Bewertung der geometrischen Ähnlichkeit von 2D-Objekten auf 3D-Objekte erweitert, um eine Bewertung von dreidimensionalen Messobjekten zu ermöglichen. Das Verfahren zur Bewertung der geometrischen Ähnlichkeit nutzt hierbei insbesondere Methoden aus der Fourier-Analyse und der Fuzzy-Logic. Die Prozessähnlichkeit und geometrische Ähnlichkeit wurden in Form einer gewichteten Summe zu einer Gesamtähnlichkeit zusammengefasst. Basierend auf der Ähnlichkeitsbewertung erfolgt die Übertragung der Messunsicherheit. Hierbei wird, ausgehend von der Messunsicherheit des initialen Messprozesses, eine Abschätzung in Form eines Konfidenzintervalls gemacht, innerhalb dessen die Messunsicherheit des ähnlichen Messprozesses mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit liegen wird. Eine exakte Angabe der Messunsicherheit für den ähnlichen Messprozess ist aufgrund der einzelnen Unsicherheiten der Ähnlichkeitsindizes nicht praktikabel. Zudem wurde ein Grenzwert für die Ähnlichkeitsbewertung entwickelt, bis zu dem die Übertragung der Messunsicherheit sinnvoll ist. Das Gesamtverfahren wurde in Python umgesetzt und wird als Open Source Code zur Verfügung gestellt. Für die Validierung des Verfahrens wurde eine Durchmessermessung eines Multimaterial-Werkstücks mittels Zwei-Röhren-Computertomographen gewählt. Anhand entwickelter Kriterien sowie mittels Abgleich der Ergebnisse mit etablierten Verfahren konnte die Validität des Vorgehens nachgewiesen werden. Ergebnis des Forschungsprojekts ist ein Verfahren zur Übertragung von Messunsicherheiten. Das Verfahren liefert eine valide Abschätzung der Messunsicherheit und ist automatisierbar, sodass in der Anwendung kein Expertenwissen im Bereich der Übertragung der Messunsicherheit notwendig ist. Durch die allgemeine Ausgestaltung des Verfahrens ist das Verfahren prinzipiell auf alle Paare zweier (statischer) Messprozesse anwendbar.
